به‌کارگیری مواد ترموالکتریک برای بازیابی حرارتی در پیل سوختی پلیمری

پیل‌های سوختی با غشای تبادل‌کننده پروتون گزینه‌های امیدوارکننده‌ای برای تبدیل انرژی پاک و کارآمد هستند. با این حال، یکی از چالش‌های اصلی در زمینه این دستگاه، مدیریت حرارت اتلافی آن است که بخش قابل توجهی از انرژی خروجی آن را به خود اختصاص می‌دهد و از این رو، بازیابی حرارت اتلافی پیل‌های سوختی پلیمری موضوع داغ در ادبیات پژوهشی حوزه مواد پیشرفته است.مولدهای ترموالکتریک یکی از این فناوری‌ها هستند که توجه زیادی را برای بازیابی حرارت اتلافی پیل‌های سوختی پلیمری به خود جلب کرده‌اند. مولد ترموالکتریک یک دستگاه حالت جامد است که گرادیان دما را بر اساس اثر سیبک مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. با استفاده از مولدهای ترموالکتریک، حرارت اتلافی تولید شده توسط پیل‌های سوختی پلیمری را می‌توان به انرژی الکتریکی مفید تبدیل کرد و انرژی استحصال شده به ظرفیت تولید پیل سوختی اضافه شده یا برای تامین انرژی دستگاه‌های دیگر در زنجیره تامین نیرو، مورد استفاده قرار می‌گیرد.در این مقاله مروری، یک نمای کلی از وضعیت فعلی استفاده از مولدهای ترموالکتریک برای بازیابی حرارت پیل‌های سوختی با غشای تبادل‌کننده پروتون ارائه شده است. خواص و محدودیت‌های مواد ترموالکتریک مرسوم، مانند بیسموت تلورید و آلیاژهای آن‌ها مورد بحث قرار گرفته و پتانسیل مواد ترموالکتریک جایگزین، مانند اسکوترودیت‌ها، ترکیبات نیمه هوسلر، مواد آلی، نانو لوله‌های کربنی و کامپوزیت‌های مبتنی بر آن‌ها و اکسیدهای ترموالکتریک بررسی می‌شود. همچنین در مورد معیارهای مورد استفاده برای ارزیابی عملکرد مولدهای ترموالکتریک برای بازیابی حرارت اتلافی پیل‌های سوختی پلیمری و چالش‌ها و فرصت‌های مرتبط با به‌کارگیری عملی آن‌ها بحث خواهد.

using thermoelectric materials for waste heat recovery in proton exchange membrane fuel cells

proton exchange membrane (pem) fuel cells are promising devices to efficiently produce green electricity. however, one of the challenges hindering their commercialization is the waste heat management in which a great part of the outcoming energy is made of. for this matter, a great deal of emerging research is focused on heat recovery in pem fuel cells. thermoelectric generators are one of the technologies that have recently obtained notable attention for their potential for use as waste heat recovery in pemfcs. thermoelectric generators are solid state devices that directly convert the temperature gradient to electricity via the seebeck effect.in this review paper we will outline the current overview of the use of thermoelectric materials for the waste heat recovery especially in pemfsc. advantages and disadvantages of commonly used thermoelectric materials such as bismuth telluride and its alloys are discussed and the capability of alternative thermoelectric materials such as skutterudite structures, half-heusler compounds, carbon nanotubes and their composites and thermoelectric oxides are scrutinized.